CN115057165A - 一种散货码头永磁变频皮带机驱动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种散货码头永磁变频皮带机驱动控制系统，包括中央控制室、高压供电室、若干个现场驱动站，中央控制室包括中央操作站、中央控制器和数据网关，高压供电室包括若干组高压开关设备，现场驱动站包括变频永磁一体驱动装置、就地控制箱；中央控制室的数据网关与若干个现场驱动站内的就地控制箱相连，高压供电室内的每组高压开关设备分别与其中一个现场驱动站内的若干个变频永磁一体驱动装置一一对应连接。本发明利用变频永磁一体驱动装置替代了传统交流异步电动机和工频启动方案，提高了驱动传动效率，节省了重载启动时间；模块化设计，优化了中央控制系统皮带机流程运行逻辑和安全保护逻辑，提高散货码头输送设备整体利用率和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及港口散货输送控制系统的技术领域，尤其涉及一种散货码头永磁变频皮带机驱动控制系统。
背景技术
随着我国经济技术的发展，港口码头散货装卸效率不断提高，长距离、大运量、高带速、大功率的皮带机在港口输送领域被大规模应用，提高了材料运输效率，节约企业运输成本，对环境保护起到积极作用。由于综合型散货码头输送的物料种类较多，煤炭、矿粉、粮食密度差别较大，如果依然采用传统模式下工频电源驱动，交流异步电动机加之液力耦合器传动，长期运行会导致传动效率低、启动电流对电网冲击大、高转速启动机械冲击大、负载不均衡、制动加速度局部不平衡导致的胶带局部张力过大、皮带机使用寿命低，维护成本高等问题。
发明内容
随着永磁电机、电力电子技术、微处理器和集成电路的发展，研究推广永磁电机和变频调速方案替代传统交流异步电动机和工频启动方案可以大大提高皮带机输送作业输送效率，有利于节能；研究使用永磁变频一体式驱动装置代替传统变电所远程传动方案可以节省变电所建设投资，提高用电效率；研究输送机控制系统模块化设计，优化输送机流程运行逻辑，可以提高散货码头输送设备整体利用率。
基于上述原因，本发明提供一种散货码头永磁变频皮带机驱动控制系统。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种散货码头永磁变频皮带机驱动控制系统，包括中央控制室、高压供电室、若干个现场驱动站，中央控制室包括依次连接的中央操作站、中央控制器和数据网关，高压供电室包括若干组高压开关设备，每个现场驱动站均包括若干个变频永磁一体驱动装置，若干个变频永磁一体驱动装置连接有就地控制箱；中央控制室的数据网关与若干个现场驱动站内的就地控制箱相连，高压供电室内的每组高压开关设备分别与其中一个现场驱动站内的若干个变频永磁一体驱动装置一一对应连接。
中央控制室内的中央操作站监控散货码头整体输送流程运行状态、各驱动运行状态以及报警信息，并进行单个现场驱动站的启停控制和流程的启停控制；中央控制室内的中央控制器中设有中央控制程序，中央控制程序负责散货码头整体生产流程控制，各现场驱动站的顺序逻辑控制；中央控制室内的数据网关负责实现中央控制室与现场驱动站内的就地控制箱的数据交互。
高压供电室内的每台高压开关设备负责为现场驱动站的一台变频永磁一体驱动装置供电，高压开关设备带有远程合/分闸功能。
现场驱动站内的就地控制箱内设有可编程控制器、输入输出模块、通讯网关、操作控制按钮；可编程控制器内置现场驱动站控制程序，可实现变频永磁一体驱动装置的软起软停，并通过输入输出模块、通讯网关与中央控制室通讯，将变频永磁一体驱动装置运行信息反馈至中央控制室，操作控制按钮用于变频永磁一体驱动装置的操作模式切换和变频永磁一体驱动装置的手动运行操控。
变频永磁一体驱动装置包括皮带机驱动机构、调速机构，皮带机驱动机构为永磁电机，调速机构为变频器，永磁电机与驱动滚筒直接连接，变频器与永磁电机为一体式装置，变频永磁一体驱动装置连接有冷却系统，冷却系统采用风水交换冷却的方式。
中央控制室与高压供电室通过控制电缆连接，中央控制室根据变频永磁一体驱动装置使用情况对高压开关设备进行合分控制。
中央控制室与现场驱动站内就地控制箱之间的控制命令采用控制电缆连接，控制命令包括启动、停止、急停；运行情况使用光纤或无线网络进行连接，运行情况包括运行状态、停止状态、故障状态、运行速度值、运行时间、驱动温度，无线网络包括无线局域网和4G/5G移动通讯网。
就地控制箱与变频永磁一体驱动装置使用控制电缆进行启停命令传输，使用工业现场总线进行变频永磁一体驱动装置运行状态数据的传输。
就地控制箱内的可编程控制器控制若干台永磁变频驱动装置的同步启动停止，汇总每一台变频永磁一体驱动装置的运行状态并上传至中央控制室；根据中央控制室的生产作业指令对现场驱动站内各个变频永磁一体驱动装置进行控制。
中央控制器中设有中央控制程序负责采集散货码头的运行信息，根据生产作业要求给各现场驱动站下发运行指令，完成生产流程控制，根据现场设备的运行状态实时调整流程，在紧急时控制高压供电室的高压开关设备远程合/分闸，切断变频永磁一体驱动装置电源，保障现场生产安全。
本发明的有益效果是：本发明利用变频永磁一体驱动装置替代了传统交流异步电动机和工频启动方案，新的驱动技术及结构提高了驱动传动效率，节省了重载启动时间；使用变频器与永磁电机一体化设计，减少了传统方案中变电所变频柜设计，节省了变电所空间和整体投资；进行皮带机的变频永磁一体驱动装置控制系统模块化设计，优化了中央控制系统皮带机流程运行逻辑和安全保护逻辑，提高散货码头输送设备整体利用率和安全性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种散货码头永磁变频皮带机驱动控制系统，包括中央控制室、高压供电室、若干个现场驱动站，中央控制室包括依次连接的中央操作站、中央控制器和数据网关，高压供电室包括若干组高压开关设备，每个现场驱动站均包括若干个变频永磁一体驱动装置，若干个变频永磁一体驱动装置连接有就地控制箱；中央控制室的数据网关与若干个现场驱动站内的就地控制箱相连，进行皮带机运行信号数据交互；高压供电室内的每组高压开关设备分别与其中一个现场驱动站内的若干个变频永磁一体驱动装置一一对应连接，为现场皮带机的变频永磁一体驱动装置供电。
中央控制室是本系统的核心，负责散货码头输送流程的整体控制和监控，控制命令，如：启动、停止、急停等，通过硬线传输至现场驱动站的变频永磁一体驱动装置，速度控制命令，通过数据网关，由光纤或无线的方式传输至永磁变频驱动装置；变频永磁一体驱动装置运行状态汇总至就地控制箱，通过数据网关传输至中央控制室，传输方式为光纤和无线网络，无线网络包括无线局域网和4G/5G移动通讯网。
高压供电室为现场变频永磁一体驱动装置供电，每台变频永磁一体驱动装置配置一路高压开关设备，并带有远程合/分闸功能，中央控制室根据变频永磁一体驱动装置使用情况对高压开关设备进行合分控制。当变频永磁一体驱动装置处于正常生产流程过程或热备状态时，高压开关设备为合闸状态，当变频永磁一体驱动装置无法进行正常停止或急停时，中央控制室可远程分闸高压开关设备，强制驱动设备停机，是保障设备和作业安全的最后一层保护。
就地控制箱是变频永磁一体驱动装置的现场控制单元，包括可编程控制器、输入输出模块、通讯网关、操作控制按钮。可编程控制器内置控制程序，可实现皮带机的变频永磁一体驱动装置的软起软停，并与中央控制室通讯，交换皮带机流程信息和变频永磁一体驱动装置运行信息，实现皮带机的流程控制；通讯数据网关用于中央控制室与就地可编程控制器的数据连接，实现中央控制室对现场各个就地皮带机的变频永磁一体驱动装置的控制；操作控制按钮用于变频永磁一体驱动装置的操作模式切换和变频永磁一体驱动装置的手动运行操控。
皮带机驱动装置集成了皮带机驱动机构、调速机构，即永磁电机、变频器、，永磁电机与驱动滚筒直接连接，变频器与驱动电机为一体式装置，在变频永磁驱动装置附近配置冷却系统，冷却系统采用风水交换冷却方式，提高冷却效率。
中央控制室内中央控制器内的中央控制程序流程设计如下：
每个皮带机的变频永磁一体驱动装置的启停运行逻辑由就地控制箱内的可编程逻辑控制器执行，中央控制器负责给每个变频永磁一体驱动装置发出启动、停止命令，中央控制器采集每个变频永磁一体驱动装置的运行信息，并将其运行信息作为相关联变频永磁一体驱动装置的运行限制条件，运行信息有且不限于以下内容：运行状态、停止状态、故障状态、运行速度值、运行时间、驱动温度。同时，中央控制系统可对高压供电室内各高压开关设备进行远程合分闸操作，用于流程故障或紧急情况下切断电源的操作。
本发明利用变频永磁一体驱动装置替代了传统交流异步电动机和工频启动方案，新的驱动技术及结构提高了驱动传动效率，节省了重载启动时间；使用变频器与永磁电机一体化设计，减少了传统方案中变电所变频柜设计，节省了变电所空间和整体投资；进行皮带机的变频永磁一体驱动装置控制系统模块化设计，优化了中央控制系统皮带机流程运行逻辑和安全保护逻辑，提高散货码头输送设备整体利用率和安全性。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种散货码头永磁变频皮带机驱动控制系统，其特征在于，包括中央控制室、高压供电室、若干个现场驱动站，中央控制室包括依次连接的中央操作站、中央控制器和数据网关，高压供电室包括若干组高压开关设备，每个现场驱动站均包括若干个变频永磁一体驱动装置，若干个变频永磁一体驱动装置连接有就地控制箱；中央控制室的数据网关与若干个现场驱动站内的就地控制箱相连，高压供电室内的每组高压开关设备分别与其中一个现场驱动站内的若干个变频永磁一体驱动装置一一对应连接。
2.根据权利要求1所述的一种散货码头永磁变频皮带机驱动控制系统，其特征在于，中央控制室内的中央操作站监控散货码头整体输送流程运行状态、各驱动运行状态以及报警信息，并进行单个现场驱动站的启停控制和流程的启停控制；中央控制室内的中央控制器中设有中央控制程序，中央控制程序负责散货码头整体生产流程控制，各现场驱动站的顺序逻辑控制；中央控制室内的数据网关负责实现中央控制室与现场驱动站内的就地控制箱的数据交互。
3.根据权利要求2所述的一种散货码头永磁变频皮带机驱动控制系统，其特征在于，高压供电室内的每台高压开关设备负责为现场驱动站的一台变频永磁一体驱动装置供电，高压开关设备带有远程合/分闸功能。
4.根据权利要求3所述的一种散货码头永磁变频皮带机驱动控制系统，其特征在于，现场驱动站内的就地控制箱内设有可编程控制器、输入输出模块、通讯网关、操作控制按钮；可编程控制器内置现场驱动站控制程序，可实现变频永磁一体驱动装置的软起软停，并通过输入输出模块、通讯网关与中央控制室通讯，将变频永磁一体驱动装置运行信息反馈至中央控制室，操作控制按钮用于变频永磁一体驱动装置的操作模式切换和变频永磁一体驱动装置的手动运行操控。
5.根据权利要求4所述的一种散货码头永磁变频皮带机驱动控制系统，其特征在于，变频永磁一体驱动装置包括皮带机驱动机构、调速机构，皮带机驱动机构为永磁电机，调速机构为变频器，永磁电机与驱动滚筒直接连接，变频器与永磁电机为一体式装置，变频永磁一体驱动装置连接有冷却系统，冷却系统采用风水交换冷却的方式。
6.根据权利要求5所述的一种散货码头永磁变频皮带机驱动控制系统，其特征在于，中央控制室与高压供电室通过控制电缆连接，中央控制室根据变频永磁一体驱动装置使用情况对高压开关设备进行合分控制。
7.根据权利要求6所述的一种散货码头永磁变频皮带机驱动控制系统，其特征在于，中央控制室与现场驱动站内就地控制箱之间的控制命令采用控制电缆连接，控制命令包括启动、停止、急停；运行情况使用光纤或无线网络进行连接，运行情况包括运行状态、停止状态、故障状态、运行速度值、运行时间、驱动温度，无线网络包括无线局域网和4G/5G移动通讯网。
8.根据权利要求7所述的一种散货码头永磁变频皮带机驱动控制系统，其特征在于，就地控制箱与变频永磁一体驱动装置使用控制电缆进行启停命令传输，使用工业现场总线进行变频永磁一体驱动装置运行状态数据的传输。
9.根据权利要求8所述的一种散货码头永磁变频皮带机驱动控制系统，其特征在于，就地控制箱内的可编程控制器控制若干台永磁变频驱动装置的同步启动停止，汇总每一台变频永磁一体驱动装置的运行状态并上传至中央控制室；根据中央控制室的生产作业指令对现场驱动站内各个变频永磁一体驱动装置进行控制。
10.根据权利要求9所述的一种散货码头永磁变频皮带机驱动控制系统，其特征在于，中央控制器中设有中央控制程序负责采集散货码头的运行信息，根据生产作业要求给各现场驱动站下发运行指令，完成生产流程控制，根据现场设备的运行状态实时调整流程，在紧急时控制高压供电室的高压开关设备远程合/分闸，切断变频永磁一体驱动装置电源，保障现场生产安全。
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